WO2017195963A1 - 비행선을 이용한 풍력발전시스템 - Google Patents

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WO2017195963A1
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Definitions

  • the present invention relates to a wind power generation system using an airship, and in particular, to generate wind power by using a strong wind of a jet stream using an airship, convert it into a laser, transmit it to the ground, and then convert it to ground.
  • the present invention relates to a wind power generation system using an airship capable of converting power generation.
  • wind power uses the wind of the ground, and not only does the wind of the ground not be fast, but it does not always blow, so there is a limit to increase the output, so that the power generation efficiency is limited and the time available for generation throughout the year is limited.
  • the forest is damaged for transportation and installation, and there are many environmental problems such as noise.
  • a common operating principle of tropospheric wind generators is the aerodynamics that can convert wind energy at high altitudes into mechanical energy, which can then be converted into electrical energy that can be used for civilian and industrial purposes in general. Based on the continuous flying of the body.
  • this aerodynamic body is simply a wing with a high aerodynamic efficiency that continues to fly at heights that cannot be reached by airflow generators and cannot be bound to the ground through a high-resistant rope. Can be.
  • the wind turbine generator attached to the airship is a "flying linear generator” or “air wind power generation system using a tube flotation”, etc., but the cost of the development process itself due to the problems of this technology, and also Since a plurality of internally mounted power generation apparatus is installed, it is necessary to increase the volume of the airship in order to increase the weight and increase the flotation force, which has a problem in that the required cost increases accordingly.
  • ⁇ Patent Document 1> installs a wind turbine generator on a levitation airship, and adjusts the altitude by winding or releasing a cable through a winch device on the ground, and automatic navigation installed on the airship to detect a flight attitude.
  • Attitude control controller which receives posture information and wind direction and wind speed information from wind direction and anemometer installed on the airship and airship is installed, and two horizontal control fan devices installed on the ship by attitude control controller, two horizontal control
  • Each motor drive of the blade, one vertical control fan unit, and one vertical control vane is configured to control the airship in the forward direction from which the wind blows and maintain the horizontal posture.
  • ⁇ Patent Document 2> is a support body, a power generation device attached to a part of the support body, a winch installed on the ground to fix and maintain the support body and connecting the winch and the power generation device Implement wind power generation systems, including cables.
  • ⁇ Patent Document 3> is filled with a gas inside the airship to stay in the air, a ground unit which is installed at least two points apart from each other on the ground, by connecting between the airship and the ground unit the plurality of ground And a wire unit (W) for supplying power to the airship from any one of the units, wherein the plurality of ground units are installed to be separated from each other about the airship to maintain the position of the airship.
  • W wire unit
  • the airship since the airship staying in the stratosphere and the ground unit are connected by a wire unit (W), the airship can stay at a set position without a separate large power source, and thus, it is easy to perform various tasks using the airship and maintain the airship. The cost is reduced to improve the economics.
  • W wire unit
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Registration 10-0933514 (registered Dec. 15, 2009) (Wind power generation system using airborne airship)
  • Patent Document 2 Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011-0026314 (released March 15, 2011) (airship mounted wind power generation system)
  • Patent Document 3 Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0111414 (released September 19, 2014) (Airship management system and method for maintaining the position of the airship using the same)
  • the prior art as above floats the airship in the air, through which there is an advantage to produce electricity through wind power, but the electrical energy obtained by the wind power from the airship to the ground using a power line connected to the ground or In addition, since the airship is lowered to the ground, the production power is transmitted to the ground system, and then moved back to the air.
  • a method of transmitting power by connecting a power line between an airship and a ground system has a disadvantage in that a complexity of power line installation is also issued.
  • the present invention has been proposed to solve all the problems occurring in the prior art as described above, using the strong wind of the jet stream (jet stream) using the airship to generate wind power, convert it into a laser to the ground
  • the object of the present invention is to provide a wind power generation system using airships, which transmit and then convert it into electricity on the ground to produce electricity.
  • Another object of the present invention is to take over the production power of the airship that produced power in the air by using a relay line to launch through the laser to the ground, it is difficult for the airship that produced power through wind power to directly radiate the laser to the ground It is to provide a wind power generation system using airships that can reliably send production power to the ground even under circumstances.
  • the wind power generation system using the airship according to the present invention is air-lifted to produce power through the wind power generation, the airship for transmitting the power to the laser; It characterized in that it comprises a ground receiving unit for receiving the laser transmitted from the airship and converts it into electricity.
  • the wind power generation system using the airship according to the present invention is air-lifted to produce power through the wind power generation, the airship for transmitting the power to the laser;
  • a relay line which receives the power signal transmitted from the airship, converts the power signal into electricity, converts it into a laser, and transmits the same to the ground;
  • a terrestrial receiver for converting the laser transmitted from the relay line into electricity.
  • the airship by using the strong air of the jet stream (jet stream) using the airship to generate wind power, convert it to a laser and transmit it to the ground to convert it into electricity to produce power, the airship It has the advantage of providing efficiency and convenience in recovering power.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of a wind power generation system using an airship according to the present invention
  • FIG. 2 is a configuration diagram of an embodiment of the airship of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a block diagram of an embodiment of the terrestrial receiver of FIG.
  • Figure 4 is an exemplary view installed on a jet stream is a wind power airship in the present invention
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a relay line in a second embodiment of a wind power generation system using an airship according to the present invention
  • FIG. 6 is a configuration diagram of an embodiment of the relay line of FIG. 5;
  • Figure 7 is an exemplary view of the installation position between the wind power airship and the relay line in the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of a wind power generation system using an airship according to the present invention according to a preferred embodiment of the present invention.
  • a first embodiment of a wind power generation system using an airship according to the present invention includes an airship 1 and a ground receiver 100.
  • the airship 1 is levitation to produce power through the wind power generation, and serves to transmit the production power to the ground.
  • Such an airship 1 converts a power signal into a laser and transmits it to the ground, and it is preferable to produce power through wind power while remaining in the upper troposphere where a jet stream is generated.
  • the airship 1 includes a turbine 10 rotating by a jet stream and a power generation unit 40 that converts mechanical energy by rotational force of the turbine 10 into electrical energy to produce electric power. ), A laser conversion unit 50 for converting the power produced by the power generation unit 40 into a laser, and a laser launch unit 30 for transmitting the laser converted by the laser conversion unit 50 to the ground. do.
  • the airship 1 includes a cooling device 60 that detects an internal temperature and lowers the internal temperature of the airship 1 to a predetermined temperature or less through a cooling function when the detected temperature is higher than or equal to a predetermined temperature. desirable.
  • the terrestrial receiver 100 receives the laser beam transmitted from the airship 1 and converts the laser into electricity.
  • the terrestrial receiver 100 includes a laser receiver 101 for receiving a laser transmitted from the airship 1, and a power for converting the laser received from the laser receiver 101 into electrical energy.
  • the converter 102 and the power storage unit 103 for storing the power converted by the power converter 102, and detects the internal temperature of the terrestrial receiver 100, the detected internal temperature is equal to or greater than the set temperature It may also include a cooling device 104 to perform the cooling function to properly maintain the internal temperature.
  • the airship 1 equipped with the power generation equipment and the leisure launch equipment resides in the jet stream, and the airship 1 is allowed to circulate semi-permanently in the direction of the jet stream. Since the jet stream is usually formed in the stratosphere, it is preferable that the airship 1 also reside in the stratosphere. Since the wind power generation using only one airship (1) is a small amount of power production, it is preferable to have a plurality of airships 1 to form a tip as shown in Figure 4 in order to increase the power production in the stratosphere.
  • the airship 1 generates power while cruising along the jet stream.
  • a radio controller for altitude adjustment and position control of the airship 1, although not shown in the drawing, it is assumed that a radio controller, a GPS, and a controller are provided. Using radio controls, GPS, and controls, the airship 1 can be lowered to the ground if necessary.
  • a direction control propeller 20 is installed on the wing of the airship 1, and the direction control propeller 20 is controlled by a control device so that the airship 1 and the wind direction are aligned in a straight line.
  • the airship 1 With the airship 1 resident at an appropriate location in the stratosphere, the airship 1 generates wind power while cruising along the jet stream.
  • the turbine 10 rotates by the strong wind of the jet stream to generate rotational force
  • the power generation unit 40 converts mechanical energy by the rotational force generated by the turbine 10 into electrical energy.
  • the electrical energy generated by the power generation unit 40 is converted into a laser through the laser conversion unit 50.
  • the laser amplifies the light on the same principle as the amplification of microwaves by induced emission.
  • the laser thus converted is transmitted to the ground through the laser launch unit 30.
  • the laser thus transmitted is transmitted to the ground as a power signal.
  • the airship 1 causes the temperature rise during power generation, laser conversion, and laser firing. Therefore, in order to prevent the airship 1 from exploding due to such a temperature rise or the internal apparatus of the airship 10 does not operate normally, the cooling device 60 is provided, and the internal temperature of the airship 1 is controlled through a cooling function. You will always be at the right temperature. That is, the cooling device 60 detects the internal temperature of the airship 1 by using the temperature detection sensor, compares the detected internal temperature with a preset reference temperature, and if the internal temperature is higher than the reference temperature, the cooling device 60 uses the internal cooling function. By lowering the temperature close to the reference temperature, the internal temperature of the airship 1 is always maintained properly.
  • the ground receiver 100 located on the ground receives the laser transmitted from the airship 1 at the laser receiver 101 and converts the laser received by the power converter 102 into electrical energy.
  • the laser receiver 101 may be implemented as a solar cell.
  • the power converted by the power conversion unit 102 is stored in the power storage unit 103, and then distributed to a necessary place. It is also possible to make a profit by buying and selling to a power supplier that supplies electricity as needed.
  • the terrestrial receiver 100 is also preferably provided with a cooling device 104, so that the internal temperature of the terrestrial receiver 100 may be properly maintained.
  • the laser beam transmitted from the airship 1 may injure the human body, it is preferable to install it in a rare place.
  • the first embodiment as described above can achieve the efficiency of wind power under the assumption that the airship 1 located in the stratosphere can always optimally transmit the laser to the ground. Because jet streams are very strong winds, it can be difficult to accurately fire a laser onto the ground receiver on an airship cruising with the jet stream.
  • the present invention allows the relay line 200 to be placed outside the jet stream region separately from the airship 1, and relays the power generated from the airship 1 to the ground.
  • FIG 5 is a schematic configuration of a relay line 200 of a second embodiment of a wind power generation system using an airship according to the present invention.
  • the relay line 200 is interposed between the airship 1 and the ground receiver 100, receives the laser transmitted from the airship 1, converts the laser into electricity, and then converts the laser into electricity. It converts and transmits to the terrestrial receiver 100.
  • reference numeral 1 denotes an airship, which is airborne as in the first embodiment, produces power through wind power generation, and transmits power to a laser
  • reference numeral 100 denotes a ground receiver. It serves to convert the laser transmitted from 200 to electricity.
  • the airship 1 converts a power signal into a laser and transmits the power signal.
  • the airship 1 preferably resides in an upper portion of the troposphere where a jet stream is generated and generates power through wind power generation.
  • Such an airship 1 includes a turbine 10, a power generation unit 40, a laser conversion unit 50, a laser launch unit 30, and a cooling device 60 as shown in FIG. 2.
  • the relay line 200 receives a laser transmitted from the airship 1 while resident in a fixed position outside the jet stream area, and relays the received power to the ground receiver 200 again.
  • the relay line 200 includes a solar cell 210 for receiving a laser transmitted from the airship 1 and a power conversion for converting the laser received by the solar cell 210 into electricity.
  • the unit 220 a laser converter 230 for converting the electricity converted by the power converter 220 into a laser, a laser emitter 240 for transmitting the laser converted by the laser converter 230 to the ground ).
  • the relay line 200 may be surrounded by the solar cell 210 on an outer surface thereof.
  • the terrestrial receiver 100 includes a laser receiver 101, a power converter 102, a power storage 103, and a cooling device 104.
  • the airship 1 equipped with the power generation equipment and the leisure launch equipment resides in the jet stream, and the airship 1 is allowed to circulate semi-permanently in the direction of the jet stream. Since the jet stream is usually formed in the stratosphere, it is preferable that the airship 1 also reside in the stratosphere. Since the wind power generation using only one airship (1) is a small amount of power production, it is preferable to have a plurality of airships 1 to form a tip as shown in Figure 4 in order to increase the power production in the stratosphere.
  • the airship 1 generates power while cruising along the jet stream.
  • a radio controller for altitude adjustment and position control of the airship 1, although not shown in the drawing, it is assumed that a radio controller, a GPS, and a controller are provided. Using radio controls, GPS, and controls, the airship 1 can be lowered to the ground if necessary.
  • a direction control propeller 20 is installed on the wing of the airship 1, and the direction control propeller 20 is controlled by a control device so that the airship 1 and the wind direction are aligned in a straight line.
  • the airship 1 With the airship 1 resident at an appropriate location in the stratosphere, the airship 1 generates wind power while cruising along the jet stream.
  • the turbine 10 rotates by the strong wind of the jet stream to generate rotational force
  • the power generation unit 40 converts mechanical energy by the rotational force generated by the turbine 10 into electrical energy.
  • the electrical energy generated by the power generation unit 40 is converted into a laser through the laser conversion unit 50.
  • the laser amplifies the light on the same principle as the amplification of microwaves by induced emission.
  • the converted laser is transmitted to the relay line 200 through the laser launch unit 30.
  • the transmitted laser is transmitted to the relay line 200 as a power signal.
  • the airship 1 causes the temperature rise during power generation, laser conversion, and laser firing. Therefore, in order to prevent the airship 1 from exploding due to such a temperature rise or the internal apparatus of the airship 10 does not operate normally, the cooling device 60 is provided, and the internal temperature of the airship 1 is controlled through a cooling function. You will always be at the right temperature. That is, the cooling device 60 detects the internal temperature of the airship 1 by using the temperature detection sensor, compares the detected internal temperature with a preset reference temperature, and if the internal temperature is higher than the reference temperature, the cooling device 60 uses the internal cooling function. By lowering the temperature close to the reference temperature, the internal temperature of the airship 1 is always maintained properly.
  • the relay line 200 is located in the stratosphere like the airship 1 and is fixed at a specific position outside the area of the jet stream. In case it is difficult for the airship 1 to transmit the laser directly to the ground receiver 100, the relay line 20 receives the laser transmitted from the airship 1.
  • the relay line 200 receives a laser beam transmitted from the airship 1 using the solar cell 210, and converts the laser beam received by the power converter 220 into electrical energy. do. Subsequently, the electrical energy generated by the laser converter 230 is converted into a laser. The laser amplifies the light on the same principle as the amplification of microwaves by induced emission. The converted laser is transmitted to the ground through the laser launch unit 240.
  • the relay line 200 also causes a temperature increase during laser reception, laser conversion, and laser firing. Therefore, in order to prevent the relay line 200 from exploding due to such a temperature rise or the internal device of the relay line 200 does not operate normally, a cooling device is provided, and the internal temperature of the relay line 200 is always appropriately adjusted through a cooling function. To be adjusted. That is, the cooling device detects the internal temperature of the relay line 200 by using the temperature detection sensor, compares the detected internal temperature with a preset reference temperature, and if the internal temperature is higher than the reference temperature, the cooling device refers to the internal temperature through the cooling function. By lowering the temperature close, the internal temperature of the relay line 200 is always properly maintained.
  • the ground receiver 100 located on the ground receives the laser transmitted from the relay line 200 at the laser receiver 101 and converts the laser received from the power converter 102 into electrical energy.
  • the laser receiver 101 may be implemented as a solar cell.
  • the power converted by the power conversion unit 102 is stored in the power storage unit 103, and then distributed to a necessary place. It is also possible to make a profit by buying and selling to a power supply company that supplies electricity as needed.

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Abstract

비행선을 이용하여 제트 스트림(jet stream)의 강한 바람을 이용하여 풍력 발전을 하고, 이를 레이져로 변환하여 지상으로 송신한 후 지상에서 이를 전기로 변환하여 전력을 생산할 수 있도록 한 비행선을 이용한 풍력발전시스템에 관한 것으로서, 공중 부양되어 풍력 발전을 통해 전력을 생산하고, 생산전력을 레이져로 송신하는 비행선; 및 상기 비행선로부터 송신된 레이져를 수신하여 전기로 변환하는 지상 수신부를 포함하여 비행선을 이용한 풍력발전시스템을 구현함으로써, 지상에서 비행선의 전력을 회수하는 데 효율성과 편리함을 제공한다.

Description

비행선을 이용한 풍력발전시스템
본 발명은 비행선을 이용한 풍력발전시스템에 관한 것으로, 특히 비행선을 이용하여 제트 스트림(jet stream)의 강한 바람을 이용하여 풍력 발전을 하고, 이를 레이져로 변환하여 지상으로 송신한 후 지상에서 이를 전기로 변환하여 전력을 생산할 수 있도록 한 비행선을 이용한 풍력발전시스템에 관한 것이다.
일반적인 풍력발전은 지상의 바람을 이용하는 데, 지상의 바람이 빠르지 않을 그뿐만 아니라, 항상 불지 않기 때문에 출력을 높이는데 한계가 있어 발전효율이 떨어지며 연중 발전 가능한 시간이 제한적이다. 특히, 운송 및 설치를 위하여 산림을 훼손하며, 소음 등과 같은 많은 환경적 문제점이 있다.
한편, 지상으로부터 일정한 고도(대류권 상부)에는 지구 자전의 영향으로 항상 강한 편서풍이 일정한 방향으로 분다. 이를 제트 스트림(jet stream)이라고 하며 제트기류라고도 한다.
이렇게 대류권 상부 부근에는 항상 강한 바람이 불게 되므로 풍부한 풍력 자원이 있다. 예컨대, 공중에는 무한한 바람의 에너지가 존재하며 전체에너지 수요를 충족하고도 남을 에너지를 얻을 수 있고, 환경파괴가 거의 없으므로 공중풍력 발전기술이 심층적으로 연구되고 있다.
대류권 풍력 발전기의 공통된 작동 원리는, 높은 고도에서의 바람 에너지를 기계적인 에너지로 변환하고, 그 후에 이 기계적인 에너지를 일반적으로 민간 및 산업 목적을 위하여 사용될 수 있는 전기에너지로 변환할 수 있는 공기역학 몸체를 계속해서 날게하는 것에 근거한다.
가장 간단하고 효율적이며 안전한 구성에서, 이 공기역학 몸체는 기류 발전기에 의해 도달될 수 없고 높은 내성의 로프를 통하여 지면에 속박될 수 없는 높이에서 계속해서 날게 하는, 단순히 높은 공기역학 효율을 갖는 날개일 수 있다.
한편, 비행선에 부착시키는 형태의 풍력발전장치는 "비행선형 발전장치" 또는 "튜브 부양체를 이용한 공중 풍력발전시스템" 등이 있으나, 이러한 기술의 문제점으로 개발과정 자체에 비용 소요가 많아지며, 또한 내부 탑재되는 발전장치가 여러 개 설치되므로 중량이 증가하여 부양력을 높이기 위하여 상대적으로 비행선의 부피를 키워야 하므로 거기에 따르는 소요 비용이 높아지는 문제점을 갖고 있다.
비행선을 이용한 풍력발전장치에 대해 종래에 제안된 기술이 하기의 <특허문헌 1 > 내지 <특허문헌 3> 에 개시되어 있다.
<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 공중부양 비행선에 풍력발전기장치를 설치하고, 지상에 윈치 장치를 통해 케이블을 감거나 풀어주어 고도조절을 하며, 상기 비행선에는 비행 자세를 검출하기 위해 설치된 자동항법장치, 비행선에 설치되는 풍향 및 풍속계로부터 자세정보와 풍향 및 풍속 정보를 입력받아 자세제어를 하는 자세제어 컨트롤러가 설치되고, 자세제어 컨트롤러에 의해 비행선에 설치된 2개의 수평 제어 팬 장치, 2개의 수평제어익, 하나의 수직 제어 팬 장치, 하나의 수직제어익의 각 모터 구동을 제어하여 비행선이 바람이 불어오는 정방향으로 향하고 수평자세를 유지하게 제어하도록 구성된다. 이러한 구성을 통해, 공중부양 비행선을 이용하여 풍력발전을 구현한다.
또한, <특허문헌 2> 에 개시된 종래기술은 부양체, 상기 부양체의 한 부분에 부착되는 발전장치, 상기 부양체를 고정 및 유지시키기 위하여 지상에 설치되는 윈치 및 상기 윈치와 발전장치를 연결하는 케이블을 포함하여, 풍력발전 시스템을 구현한다.
이러한 구성을 통해, 풍력자원이 풍부한 공중에서 전력을 생산할 수 있게 하며, 케이블을 통하여 지상으로 전력을 송전하도록 하여 다른 풍력발전장치에 비해 높은 효율 및 저비용으로 청정에너지를 지속적으로 생산할 수 있는 비행선 탑재형 풍력발전시스템을 제공한다.
또한, <특허문헌 3> 에 개시된 종래기술은 내부에 기체가 채워져 공중에 머무는 비행선, 지상의 적어도 2지점 이상에 서로 떨어져 설치되는 그라운드유닛, 상기 비행선과 상기 그라운드유닛 사이를 연결하여 상기 다수개의 그라운드유닛 중 어느 하나의 지점으로부터 상기 비행선에 전력을 공급하는 와이어 유닛(W)을 포함하고, 상기 다수개의 그라운드유닛은 상기 비행선을 중심으로 서로 떨어지도록 설치되어 상기 비행선의 위치를 유지시킨다.
이러한 구성을 통해, 성층권에 머무는 비행선과 그라운드유닛 사이가 와이어 유닛(W)에 의해 연결되므로, 비행선은 별도의 큰 동력원 없이도 설정된 위치에 머물 수 있으므로, 비행선을 이용한 다양한 작업 수행이 용이하고, 비행선 유지비용이 줄어들어 경제성을 향상시키게 된다.
(특허문헌 1) 대한민국 등록특허 10-0933514(2009.12.15. 등록)(공중부양 비행선을 이용한 풍력발전 시스템)
(특허문헌 2) 대한민국 공개특허 10-2011-0026314(2011.03.15. 공개)(비행선 탑재형 풍력발전시스템)
(특허문헌 3) 대한민국 공개특허 10-2014-0111414(2014.09.19. 공개)(비행선 운용시스템 및 이를 이용한 비행선의 위치유지방법)
그러나 상기와 같은 종래기술은 공중에 비행선을 띄우고, 이를 통해 풍력 발전을 통해 전기를 생산할 수 있는 장점은 있으나, 비행선에서 풍력발전을 하여 획득한 전기 에너지를 지상과 연결된 전력선을 이용하여 지상으로 전송하거나, 비행선을 지상으로 내려 생산 전력을 지상 시스템으로 전송하고 다시 공중으로 이동하는 방식이므로, 생산 전력의 이송에 복잡함과 효율성이 떨어지는 단점이 있었다.
특히, 비행선과 지상 시스템 간에 전력선을 연결하여 전력을 송신하는 방식은 전력선 설치에 따른 복잡함도 발행하는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 비행선을 이용하여 제트 스트림(jet stream)의 강한 바람을 이용하여 풍력 발전을 하고, 이를 레이져로 변환하여 지상으로 송신한 후 지상에서 이를 전기로 변환하여 전력을 생산할 수 있도록 한 비행선을 이용한 풍력발전시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 중계선을 이용하여 공중에서 전력을 생산한 비행선의 생산전력을 인계받아 지상으로 레이져를 통해 발사하도록 함으로써, 풍력발전을 통해 전력을 생산한 비행선이 직접 지상으로 레이져를 발산하기 어려운 상황에서도 안정적으로 생산 전력을 지상으로 송출할 수 있도록 한 비행선을 이용한 풍력발전시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 비행선을 이용한 풍력발전시스템은 공중 부양되어 풍력 발전을 통해 전력을 생산하고, 생산전력을 레이져로 송신하는 비행선; 상기 비행선로부터 송신된 레이져를 수신하여 전기로 변환하는 지상 수신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 비행선을 이용한 풍력발전시스템은 공중 부양되어 풍력 발전을 통해 전력을 생산하고, 생산전력을 레이져로 송신하는 비행선; 상기 비행선로부터 송신된 전력신호를 수신하여 전기로 변환하고, 이를 다시 레이져로 변환하여 지상으로 송신하는 중계선; 상기 중계선으로부터 송신된 레이져를 전기로 변환하는 지상 수신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 비행선을 이용하여 제트 스트림(jet stream)의 강한 바람을 이용하여 풍력 발전을 하고, 이를 레이져로 변환하여 지상으로 송신한 후 이를 전기로 변환하여 전력을 생산하도록 함으로써, 지상에서 비행선의 전력을 회수하는 데 효율성과 편리함을 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 중계선을 이용하여 공중에서 전력을 생산한 비행선의 생산전력을 인계받아 지상으로 레이져를 통해 발사하도록 함으로써, 풍력발전을 통해 전력을 생산한 비행선이 직접 지상으로 레이져를 발산하기 어려운 상황에서도 안정적으로 생산 전력을 지상으로 송출할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 비행선을 이용한 풍력발전시스템의 제1 실시 예 구성도,
도 2는 도 1의 비행선의 실시 예 구성도,
도 3은 도 1의 지상 수신부의 실시 예 구성도,
도 4는 본 발명에서 풍력발전용 비행선이 제트 스트림 상에 설치된 예시도,
도 5는 본 발명에 따른 비행선을 이용한 풍력발전시스템의 제2 실시 예 중 중계선의 구성도,
도 6은 도 5의 중계선의 실시 예 구성도,
도 7은 본 발명에서 풍력발전용 비행선와 중계선 간의 설치위치 예시도.
<부호의 설명>
1: 비행선
2: 제트 스트림
10: 터빈
20: 방향제어용 프로펠러
30: 레이져 발사부
40: 발전부
50: 레이져 변환부
60: 냉각 장치
100: 지상 수신부
101: 레이져 수신부
102: 전력 변환부
103: 전력 저장부
104: 냉각 장치
200: 중계선
210: 태양전지
220: 전력 변환부
230: 레이져 변환부
240: 레이져 발사부
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비행선을 이용한 풍력발전시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
<실시 예1>
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 본 발명에 따른 비행선을 이용한 풍력발전시스템의 제1 실시 예 구성도이다.
본 발명에 따른 비행선을 이용한 풍력발전시스템의 제1 실시 예는 비행선(1)와 지상 수신부(100)로 구성된다.
상기 비행선(1)는 공중 부양되어 풍력 발전을 통해 전력을 생산하고, 생산전력을 지상에 송신하는 역할을 한다.
이러한 비행선(1)는 전력신호를 레이져로 변환하여 지상에 송신하며, 제트 스트림(Jet Stream)이 발생하는 대류권 상부에 상주하면서 풍력발전을 통해 전력을 생산하는 것이 바람직하다.
상기 비행선(1)는 도 2에 도시한 바와 같이, 제트 스트림에 의해 회전하는 터빈(10), 상기 터빈(10)의 회전력에 의한 기계에너지를 전기에너지로 변환하여 전력을 생산하는 발전부(40), 상기 발전부(40)에 의해 생산된 전력을 레이져로 변환하는 레이져 변환부(50), 상기 레이져 변환부(50)에 의해 변환된 레이져를 지상으로 송신하는 레이져 발사부(30)를 포함한다.
또한, 상기 비행선(1)는 내부의 온도를 검출하고, 검출한 온도가 설정 온도 이상이면 냉각 기능을 통해 상기 비행선(1)의 내부 온도를 설정온도 이하로 낮추는 냉각 장치(60)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 지상 수신부(100)는 상기 비행선(1)로부터 송신된 레이져를 수신하여 전기로 변환하는 역할을 한다.
이러한 지상 수신부(100)는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 비행선(1)로부터 송신된 레이져를 수신하는 레이져 수신부(101), 상기 레이져 수신부(101)에서 수신한 레이져를 전기에너지로 변환하는 전력 변환부(102), 상기 전력 변환부(102)에서 변환한 전력을 저장하는 전력 저장부(103)를 포함하고, 지상 수신부(100)의 내부 온도를 검출하고, 검출한 내부 온도가 설정 온도 이상일 경우 냉각 기능을 수행하여 내부 온도를 적절하게 유지시켜주는 냉각 장치(104)를 포함할 수도 있다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 비행선을 이용한 풍력발전시스템의 제1 실시 예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 발전 장비와 레저 발사장비를 탑재한 비행선(1)를 제트 스트림에 상주시키고, 이 비행선(1)는 제트 스트림의 방향대로 반 영구적으로 순환을 하도록 한다. 여기서 제트 스트림은 통상 성층권에 형성되므로 비행선(1)도 성층권에 상주시키는 것이 바람직하다. 하나의 비행선(1)만을 이용하여 풍력발전을 하기에는 전력 생산량이 적으므로, 전력생산량의 증대를 위하여 도 4와 같이 다수의 비행선(1)가 선단을 이루도록 하여 성층권에 상주시키는 것이 바람직하다.
비행선(1)는 제트 스트림을 따라 순항하면서 발전을 한다. 이러한 비행선(1)의 고도 조절과 위치 제어를 위해, 도면에는 도시하지 않았지만 무선 조정장치와 GPS, 그리고 제어장치가 구비된 것으로 간주한다. 무선 조정장치와 GPS 및 제어장치를 이용하여, 필요 시 비행선(1)를 지상으로 하강시킬 수 있다.
아울러 비행선(1)의 날개 부분에는 방향제어용 프로펠러(20)가 설치되어, 이 방향제어용 프로펠러(20)를 제어장치에서 제어하여, 비행선(1)와 바람 방향이 일직선상에 놓이도록 조정하게 된다.
비행선(1)가 성층권의 적절한 위치에 상주한 상태에서, 비행선(1)는 제트 스트림을 따라 순항하면서 풍력 발전을 한다.
예컨대, 터빈(10)은 제트 스트림의 강력한 바람에 의해 회전을 하여 회전력을 발생하고, 발전부(40)는 상기 터빈(10)에 의해 발하는 회전력에 의한 기계에너지를 전기에너지로 변환을 한다. 발전부(40)에 의해 생성된 전기에너지는 레이져 변환부(50)를 통해 레이져(Laser)로 변환된다. 여기서 레이져는 유도방출에 의한 마이크로파의 증폭과 같은 원리로 광을 증폭한 것이다. 이렇게 변환된 레이져는 레이져 발사부(30)를 통해 지상으로 송신된다. 이렇게 송신되는 레이져는 전력신호로 지상에 송신된다.
여기서 비행선(1)는 발전과 레이져 변환, 레이져 발사 시 온도 상승을 유발하게 된다. 따라서 이러한 온도 상승으로 비행선(1)가 폭발하거나 비행선(10)의 내부 장치가 정상적으로 동작하지 않는 것을 방지하기 위해서, 냉각 장치(60)를 구비하고, 냉각 기능을 통해 비행선(1)의 내부 온도를 항상 적절한 온도로 조절하게 된다. 즉, 냉각 장치(60)는 온도 검출 센서를 이용하여 비행선(1)의 내부 온도를 검출하고, 검출한 내부 온도와 미리 설정된 기준 온도를 비교하여, 내부 온도가 기준 온도보다 높으면 냉각 기능을 통해 내부 온도를 기준 온도에 가깝게 낮추는 방식으로, 비행선(1)의 내부 온도를 항상 적절하게 유지한다.
지상에 위치한 지상 수신부(100)는 상기 비행선(1)로부터 송신된 레이져를 레이져 수신부(101)에서 수신하고, 전력 변환부(102)에서 수신한 레이져를 전기에너지로 변환을 한다. 여기서 레이져 수신부(101)는 태양전지로 구현할 수 있다.
상기 전력 변환부(102)에서 변환된 전력은 전력 저장부(103)에 저장된 후, 필요한 곳으로 배급을 하게 된다. 필요에 따라 전력을 공급해주는 전력공급기관에 매매를 하여, 수익을 창출하는 것도 가능하다.
지상 수신부(100)도, 바람직하게는 냉각 장치(104)를 구비하여, 지상 수신부(100)의 내부 온도를 적절하게 유지할 수도 있다.
비행선(1)에서 송신되는 레이져는 인체에 위해를 가할 수 있으므로, 인적이 드문곳에 설치하는 것이 바람직하다.
<실시 예2>
상기와 같은 제1 실시 예는 성층권에 위치한 비행선(1)에서 항상 최적으로 지상으로 레이져를 송신할 수 있다는 가정하에 풍력발전의 효율성을 도모할 수 있다. 제트 스트림은 매우 강한 바람이므로 제트 스트림과 함께 순항하는 비행선에서 정확하게 지상 수신부로 레이져를 발사하는 것이 어려울 수 있다.
따라서 이러한 경우를 대비하여, 본원발명은 비행선(1)와는 별도로 중계선(200)을 제트 스트림 영역 밖에 두고, 비행선(1)로부터 생산한 전력을 지상에 중계하도록 한다.
도 5는 본 발명에 따른 비행선을 이용한 풍력발전시스템의 제2 실시 예 중 중계선(200)에 대한 개략적인 구성이다.
이러한 중계선(200)은 도 1의 제1 실시 예에서, 비행선(1)와 지상 수신부(100)에 개재되며, 상기 비행선(1)로부터 송신된 레이져를 수신하여 전기로 변환하고, 이를 다시 레이져로 변환하여 지상 수신부(100)로 송신하는 역할을 한다.
도 5에서 참조부호 1은 비행선로서, 제1 실시 예와 동일하게 공중 부양되어 풍력 발전을 통해 전력을 생산하고, 생산전력을 레이져로 송신하는 역할을 하며, 참조부호 100은 지상 수신부로서, 상기 중계선(200)으로부터 송신된 레이져를 전기로 변환하는 역할을 한다.
상기 비행선(1)는 전력신호를 레이져로 변환하여 송신하며, 제트 스트림이 발생하는 대류권 상부에 상주하면서 풍력발전을 통해 전력을 생산하는 것이 바람직하다.
이러한 비행선(1)는 도 2와 같이, 터빈(10), 발전부(40), 레이져 변환부(50), 레이져 발사부(30) 및 냉각 장치(60)를 포함한다.
또한, 상기 중계선(200)은 제트 스트림 영역 밖의 고정된 위치에 상주하면서 상기 비행선(1)로부터 송출된 레이져를 수신하며, 수신한 전력을 다시 지상 수신부(200)에 중계하여 주는 역할을 한다.
이러한 중계선(200)은 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 비행선(1)로부터 송신된 레이져를 수신하는 태양전지(210), 상기 태양전지(210)에 의해 수신한 레이져를 전기로 변환하는 전력 변환부(220), 상기 전력 변환부(220)에서 변환한 전기를 레이져로 변환하는 레이져 변환부(230), 상기 레이져 변환부(230)에 의해 변환된 레이져를 지상으로 송신하는 레이져 발사부(240)를 포함한다.
여기서 중계선(200)은 외면이 상기 태양전지(210)에 의해 감싸지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 지상 수신부(100)는 도 3에 도시한 바와 같이, 레이져 수신부(101), 전력 변환부(102), 전력 저장부(103) 및 냉각 장치(104)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 비행선을 이용한 풍력발전시스템의 제2 실시 예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 발전 장비와 레저 발사장비를 탑재한 비행선(1)를 제트 스트림에 상주시키고, 이 비행선(1)는 제트 스트림의 방향대로 반 영구적으로 순환을 하도록 한다. 여기서 제트 스트림은 통상 성층권에 형성되므로 비행선(1)도 성층권에 상주시키는 것이 바람직하다. 하나의 비행선(1)만을 이용하여 풍력발전을 하기에는 전력 생산량이 적으므로, 전력생산량의 증대를 위하여 도 4와 같이 다수의 비행선(1)가 선단을 이루도록 하여 성층권에 상주시키는 것이 바람직하다.
비행선(1)는 제트 스트림을 따라 순항하면서 발전을 한다. 이러한 비행선(1)의 고도 조절과 위치 제어를 위해, 도면에는 도시하지 않았지만 무선 조정장치와 GPS, 그리고 제어장치가 구비된 것으로 간주한다. 무선 조정장치와 GPS 및 제어장치를 이용하여, 필요 시 비행선(1)를 지상으로 하강시킬 수 있다.
아울러 비행선(1)의 날개 부분에는 방향제어용 프로펠러(20)가 설치되어, 이 방향제어용 프로펠러(20)를 제어장치에서 제어하여, 비행선(1)와 바람 방향이 일직선상에 놓이도록 조정하게 된다.
비행선(1)가 성층권의 적절한 위치에 상주한 상태에서, 비행선(1)는 제트 스트림을 따라 순항하면서 풍력 발전을 한다.
예컨대, 터빈(10)은 제트 스트림의 강력한 바람에 의해 회전을 하여 회전력을 발생하고, 발전부(40)는 상기 터빈(10)에 의해 발하는 회전력에 의한 기계에너지를 전기에너지로 변환을 한다. 이어, 발전부(40)에 의해 생성된 전기에너지는 레이져 변환부(50)를 통해 레이져(Laser)로 변환된다. 여기서 레이져는 유도방출에 의한 마이크로파의 증폭과 같은 원리로 광을 증폭한 것이다. 이렇게 변환된 레이져는 레이져 발사부(30)를 통해 중계선(200)으로 송신된다. 송신되는 레이져는 전력신호로 중계선(200)에 송신된다.
여기서 비행선(1)는 발전과 레이져 변환, 레이져 발사 시 온도 상승을 유발하게 된다. 따라서 이러한 온도 상승으로 비행선(1)가 폭발하거나 비행선(10)의 내부 장치가 정상적으로 동작하지 않는 것을 방지하기 위해서, 냉각 장치(60)를 구비하고, 냉각 기능을 통해 비행선(1)의 내부 온도를 항상 적절한 온도로 조절하게 된다. 즉, 냉각 장치(60)는 온도 검출 센서를 이용하여 비행선(1)의 내부 온도를 검출하고, 검출한 내부 온도와 미리 설정된 기준 온도를 비교하여, 내부 온도가 기준 온도보다 높으면 냉각 기능을 통해 내부 온도를 기준 온도에 가깝게 낮추는 방식으로, 비행선(1)의 내부 온도를 항상 적절하게 유지한다.
중계선(200)은 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 비행선(1)와 같이 성층권에 위치하고, 제트 스트림의 영역 밖의 특정 위치에 고정되어 있다. 비행선(1)에서 레이져를 직접 지상 수신부(100)로 송신하기 어려운 경우를 대비하여, 중계선(20))에서 비행선(1)로부터 송신된 레이져를 수신한다.
중계선(200)은 도 6에 도시한 바와 같이, 태양 전지(210)를 이용하여 상기 비행선(1)로부터 송신된 레이져를 수신하고, 전력 변환부(220)에서 수신한 레이져를 전기에너지로 변환을 한다. 이어, 레이져 변환부(230)에서 생성된 전기에너지를 레이져(Laser)로 변환한다. 여기서 레이져는 유도방출에 의한 마이크로파의 증폭과 같은 원리로 광을 증폭한 것이다. 이렇게 변환된 레이져는 레이져 발사부(240)를 통해 지상으로 송신된다.
여기서 중계선(200)도 레이져 수신, 레이져 변환, 레이져 발사 시 온도 상승을 유발한다. 따라서 이러한 온도 상승으로 중계선(200)이 폭발하거나 중계선(200)의 내부 장치가 정상적으로 동작하지 않는 것을 방지하기 위해서, 냉각 장치를 구비하고, 냉각 기능을 통해 중계선(200)의 내부 온도를 항상 적절한 온도로 조절하게 된다. 즉, 냉각 장치는 온도 검출 센서를 이용하여 중계선(200)의 내부 온도를 검출하고, 검출한 내부 온도와 미리 설정된 기준 온도를 비교하여, 내부 온도가 기준 온도보다 높으면 냉각 기능을 통해 내부 온도를 기준 온도에 가깝게 낮추는 방식으로, 중계선(200)의 내부 온도를 항상 적절하게 유지한다.
지상에 위치한 지상 수신부(100)는 상기 중계선(200)으로부터 송신된 레이져를 레이져 수신부(101)에서 수신하고, 전력 변환부(102)에서 수신한 레이져를 전기에너지로 변환을 한다. 여기서 레이져 수신부(101)는 태양전지로 구현할 수 있다.
상기 전력 변환부(102)에서 변환된 전력은 전력 저장부(103)에 저장된 후, 필요한 곳으로 배급을 하게 된다. 필요에 따라 전력을 공급하여 주는 전력공급기관에 매매를 하여, 수익을 창출하는 것도 가능하다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

Claims (11)

  1. 제트 스트림이 발생하는 대류권 상부에 상주하면서 풍력발전을 통해 전력을 생산하고, 생산전력을, 레이져로 변환하여 지상에 송신하는 비행선; 및
    상기 비행선로부터 송신된 레이져를 수신하여 전기로 변환하는 지상 수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 풍력발전시스템.
  2. 청구항 1에서,
    상기 비행선은 제트 스트림에 의해 회전하는 터빈; 상기 터빈의 회전력에 의한 기계에너지를 전기에너지로 변환하여 전력을 생산하는 발전부; 상기 발전부에 의해 생산된 전력을 레이져로 변환하는 레이져 변환부; 상기 레이져 변환부에 의해 변환된 레이져를 지상으로 송신하는 레이져 발사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 풍력발전시스템.
  3. 청구항 1에서,
    상기 비행선은 내부의 온도를 검출하고, 검출한 온도가 설정 온도 이상이면 냉각 기능을 통해 상기 비행선의 내부 온도를 설정온도 이하로 낮추는 냉각 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 풍력발전시스템.
  4. 청구항 1에서,
    상기 지상 수신부는 상기 비행선로부터 송신된 전력신호를 수신하는 레이져 수신부; 상기 레이져 수신부에서 수신한 레이져를 전기에너지로 변환하는 전력 변환부; 상기 전력 변환부에서 변환한 전력을 저장하는 전력 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 풍력발전시스템.
  5. 제트 스트림이 발생하는 대류권 상부에 상주하면서 풍력발전을 통해 전력을 생산하고, 생산전력을 레이져로 변환하여 송신하는 비행선;
    상기 비행선로부터 송신된 레이져를 수신하여 전기로 변환하고, 이를 다시 레이져로 변환하여 지상으로 송신하는 중계선; 및
    상기 중계선으로부터 송신된 레이져를 전기로 변환하는 지상 수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 풍력발전시스템.
  6. 청구항 5에서,
    상기 비행선은 제트 스트림에 의해 회전하는 터빈; 상기 터빈의 회전력에 의한 기계에너지를 전기에너지로 변환하여 전력을 생산하는 발전부; 상기 발전부에 의해 생산된 전력을 레이져로 변환하는 레이져 변환부; 상기 레이져 변환부에 의해 변환된 레이져를 송신하는 레이져 발사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 풍력발전시스템.
  7. 청구항 5에서,
    상기 비행선은 내부의 온도를 검출하고, 검출한 온도가 설정 온도 이상이면 냉각 기능을 통해 상기 비행선의 내부 온도를 설정온도 이하로 낮추는 냉각 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 풍력발전시스템.
  8. 청구항 5에서,
    상기 중계선은 제트 스트림 영역 밖의 고정된 위치에 상주하면서 상기 비행선로부터 송출된 레이져를 수신하는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 풍력발전시스템.
  9. 청구항 5에서,
    상기 중계선은 상기 비행선로부터 송신된 레이져를 수신하는 태양전지; 상기 태양전지에 의해 수신한 레이져를 전기로 변환하는 전력 변환부; 상기 전력 변환부에서 변환한 전기를 레이져로 변환하는 레이져 변환부; 상기 레이져 변환부에 의해 변환된 레이져를 지상으로 송신하는 레이져 발사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 풍력발전시스템.
  10. 청구항 9에서,
    상기 중계선은 외면이 상기 태양전지에 의해 감싸진 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 풍력발전시스템.
  11. 청구항 5에서,
    상기 지상 수신부는 상기 중계선으로부터 송신된 레이져를 수신하는 레이져 수신부; 상기 레이져 수신부에서 수신한 레이져를 전기에너지로 변환하는 전력 변환부; 상기 전력 변환부에서 변환한 전력을 저장하는 전력 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행선을 이용한 풍력발전시스템.
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